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以人类现有的航天技术,在宇宙里航行1光年要多久?

天下武器,唯快不破!这个道理咱中国人很久以前就明白了,航空航天的科学家们,拼命追求的也是速度,从莱特兄弟的飞机上天开始,再到戈达德的第一枚液体火箭,再到第一颗人造卫星,速度一直在不断提升!

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到现在人类航天已经走过了快半个多世纪,过了那么久,以现在的技术飞到一光年以外到底要多久?

一光年,最快的火箭需要多久?

以人类的技术水平而言,一光年还是有点远,因为这是光走一年的距离,光速为299792458m/s,按儒略年365.25天计算,光年的距离是9460730472580800米,这个距离有多大呢?

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太阳系的边缘柯伊伯带大约在40-50天文单位之间,人类最快的探测器到达冥王星需要9年半,光只需要5.53-6.92小时就能走到太阳系的边缘,1977年发射的旅行者一号和二号中,一号飞得最远,经过43年的飞行,现在距离地球大约152天文单位!

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这个距离光大约只需21小时即可抵达,而旅行者却蜗牛爬一般的居然飞行了43.3年!那么一光年大概要多久呢?我们就计算直线距离,因为NASA的新视野号和旅行者走出太阳系都是螺旋形轨道,不过走一光年其差不了多久!

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旅行者的速度到底是多少?

旅行者脱离地球速度时大约相对太阳的速度约为36千米/秒(地球轨道30千米/秒,半人马座火箭约6千米/秒),但它在太阳系中越向外速度就会越慢,到木星轨道时就只剩下10千米/秒了,不过经过木星的引力弹弓加速,增加了18千米/秒的速度,到土星继续降低速度,但土星引力弹弓又补充了速度,继续在30千米/秒左右飞向外太阳系!

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但越往外速度越低,到了距离太阳约152天文单位的位置,它的速度已经降低为16.9千米/秒,这个速度很容易和太阳系逃逸速度混淆,所以各位注意了,这个不是太阳系逃逸速度,因为逃逸速度在太阳不同距离上是不一样的。

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那么可以计算时间了,1光年大约需要17,751.3488年,也就是旅行者飞行一光年需要1.77万年,而新视野号的相对于太阳则只有14.52千米/秒,它比旅行者一号更慢一些,旅行者二号大约15.2千米/秒,所以用人类最快的速度的飞行器飞越1光年,需要1.77万年!

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为什么要那么久,没有更快的速度了吗?

方法还是有的,只是比较难!要了解为什么会这样,必须要先来了解一下火箭技术,现代火箭技术都脱胎于1926年戈达德试射的第一枚液体火箭,结构上并没有大的改变,都是燃料和氧化剂,还有燃烧室!

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唯一有改变的就是增加了涡轮和各种燃气循环,所以比冲得到了大幅度的提高,在这里必须要提一下比冲这个概念:火箭发动机单位重量推进剂产生的冲量,简单了来理解就是比冲越高,火箭燃料利用率也就越高,同时出发的两枚火箭燃料与结构与重量一致的火箭,当烧完所有燃料时,比冲高的飞的速度更快!

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比如偏二甲肼和四氧化二氮的火箭,比冲大约是260左右(比如长征三号甲YF-21C),液氧煤油能做到300多(RD180能做到311),氢氧机可以到400多以上,当然不止和燃料相关,还和燃气发生器循环有关,另外材料和喷管以及涡轮机等等都有关系,但最主要的还是燃料相差太大!

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联盟号运载火箭的助推级采用四个RD-107发动机

很简单,更高的温度,更高的排气速度,燃料的利用率也就越高,那么有更NB的发动机吗?当然有!

离子电推进火箭发动机

从燃料成分来看,要想大幅度提高能量比例已经非常困难,那么提高排气速度也可以,离子电推进就是将排气速度从每秒数千米提高到数百千米甚至上千千米!这样一来,不但燃料利用率极高,而且达到同样的目的还可以大幅度缩减燃料,这本身就降低了发动机的负担,最终速度可以更高!

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但离子电推有一个毛病,尽管比冲极高,可以达到2000-3000,霍尔电推也能在1000以上,但它的推力仍然太小了,到现在想要制造牛顿级别推进器仍然不容易,比如NASA-457M,功率50kw,推力接近3N,美国最大的霍尔电推,功率102kw,推力5.4N。

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这个推力用在深空探测上没啥问题,但它不可能将飞船从地面推向近地轨道,因此仍然需要用常规化学火箭首先将飞船上送上近地轨道,然后再开启电推发动机,但它也不能跑远,因为102kw的电力需要太阳能,它在土星轨道内跑来跑去足够用,出去就要空间核反应堆了!

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除了电推外,还有太阳帆,利用光压和太阳风的动力,这个有点夸张了,因为光压极小,需要超级大面积才能获得足够的推力,一般来说这种大张旗鼓的玩意儿笔者并不看好。

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再有就是未来的核聚变堆吧,那个能加速到光速的1%-10%,那么一光年距离也就10-100年,还是有点希望的,假如是曲速引擎,最快据说可以达到199516倍光速,跨越一光年只需160秒,如何,够快吧!